arXiv 2205.128762022-05physics.atom-phquant-ph

使用高轨道角动量里德堡态的超高频和极高频电场探测

Very-high- and ultrahigh- frequency electric field detection using high angular momentum Rydberg states

Roger C. Brown, Baran Kayim, Michael A. Viray, Abigail R. Perry, Brian C. Sawyer, Robert Wyllie

备注：: 8 pages, 5 figures, copy edited
发表信息：: Phys. Rev. A 107, 052605 (2023)
DOI：: 10.1103/PhysRevA.107.052605

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AI总结：

利用高角动量里德堡态和电磁感应透明技术，实现了240 MHz至900 MHz射频电场的共振探测，测得噪声本底为13 μV/m/√Hz，并基于五能级模型估算了系统基本灵敏度极限。

摘要：

我们演示了使用电磁感应透明测量轨道角动量 $L=3\rightarrow L'=4$ 里德堡跃迁，对 240 MHz 至 900 MHz（甚高频 (VHF) 至超高频 (UHF)）的射频电场进行共振探测。这些里德堡态可通过三光子红外光学激发实现。通过在电小尺度范围内共振探测射频，这些态促成了一类新型原子接收器。我们发现测量的光谱与主量子数 $n=45$ 至 70 的量子缺陷理论预测高度一致。使用超外差探测装置，我们测得 $n=50$ 时的噪声本底为 $13\\,\mathrm{\mu V/m/\sqrt{Hz}}$。此外，我们利用数据以及包含五能级主方程解的数值模型，估算了系统的基本灵敏度极限。

英文摘要：

We demonstrate resonant detection of rf electric fields from 240 MHz to 900 MHz (very-high-frequency (VHF) to ultra-high-frequency (UHF)) using electromagnetically induced transparency to measure orbital angular momentum $L=3\rightarrow L'=4$ Rydberg transitions. These Rydberg states are accessible with three-photon infrared optical excitation. By resonantly detecting rf in the electrically small regime, these states enable a new class of atomic receivers. We find good agreement between measured spectra and predictions of quantum defect theory for principal quantum numbers $n=45$ to $70$. Using a super-hetrodyne detection setup, we measure the noise floor at $n=50$ to be $13\,\mathrm{μV/m/\sqrt{Hz}}$. Additionally, we utilize data and a numerical model incorporating a five-level master equation solution to estimate the fundamental sensitivity limits of our system.

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